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序言
Redis的幾種基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有字符串(String)、哈希(Hash)、列表(List)、集合(Set)、有序集合(Sorted Set),這些是最常見的,也能在官網(wǎng)上查看到。
官網(wǎng)鏈接:Redis 教程_redis教程
字符串
前面也提到過字符串是設(shè)計了簡單動態(tài)字符串SDS(Simple Dynamic String)結(jié)構(gòu)來表示字符串。這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以提升字符串的操作效率,并可以保存二進(jìn)制數(shù)據(jù)。
先思考一個問題:
Redis是用C語言實(shí)現(xiàn)的,那么為什么沒有復(fù)用C語言的字符串實(shí)現(xiàn)方法,而選用了SDS呢?
char*字符串?dāng)?shù)組
C語言實(shí)現(xiàn)字符串使用的是char*字符串?dāng)?shù)組,它是一塊連續(xù)的內(nèi)存空間,一次存放了字符串的每一個字符,并且最后一個字符是“\0”,用來標(biāo)識字符串的結(jié)尾位置,如下圖,
連續(xù)的內(nèi)存空間的所有字符串沒有分隔符計算機(jī)就沒辦法區(qū)分字符串與字符串之間的位置。在C語言標(biāo)準(zhǔn)庫中字符串的操作函數(shù)就會通過檢查字符串?dāng)?shù)組中是否有“\0”來判斷字符串是否結(jié)束。例如字符串操作函數(shù)strlen函數(shù),它就是在遍歷字符串?dāng)?shù)組中的每一個字符,并進(jìn)行計數(shù),直到檢查到“\0”,它的時間復(fù)雜度是O(n)。流程如下,
簡單動態(tài)字符串SDS
SDS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)里包含:字符串實(shí)際長度,字符串分配空間長度,SDS類型,字符數(shù)組,其中字符數(shù)組buf[]用來保存實(shí)際數(shù)據(jù),如下圖,
再來看看類似的字符操作函數(shù)sdslen函數(shù)的源碼(在sds.h文件中),直接根據(jù)SDS類型返回對應(yīng)的字符串現(xiàn)有長度,避免了對字符串的遍歷,時間復(fù)雜度變成了O(1),當(dāng)然也會付出一點(diǎn)代價增加了空間復(fù)雜度。這都是設(shè)計人員讓數(shù)據(jù)操作更加高效。源碼如下,
static inline size_t sdslen(const sds s) {
unsigned char flags = s[-1];
switch(flags&SDS_TYPE_MASK) {
case SDS_TYPE_5:
return SDS_TYPE_5_LEN(flags);
case SDS_TYPE_8:
return SDS_HDR(8,s)->len;
case SDS_TYPE_16:
return SDS_HDR(16,s)->len;
case SDS_TYPE_32:
return SDS_HDR(32,s)->len;
case SDS_TYPE_64:
return SDS_HDR(64,s)->len;
}
return 0;
}
再來看一下字符串的拷貝源碼,操作都使用了字符串的現(xiàn)有長度,拷貝后進(jìn)行更新。
sds sdscpylen(sds s, const char *t, size_t len) {
// 判斷字符串?dāng)?shù)組分配的空間長度是不是小于字符串?dāng)?shù)組當(dāng)前長度
if (sdsalloc(s) < len) {
// 根據(jù)要追加的長度len-sdslen(s)和現(xiàn)有長度,判斷是否增加新的空間
s = sdsMakeRoomFor(s,len-sdslen(s));
if (s == NULL) return NULL;
}
// 將源字符串t中l(wèi)en長度的數(shù)據(jù)拷貝到目標(biāo)字符串結(jié)尾
memcpy(s, t, len);
// 拷貝完后,在目標(biāo)字符串結(jié)尾加上\0
s[len] = '\0';
// 設(shè)置字符串?dāng)?shù)組最新當(dāng)前長度
sdssetlen(s, len);
return s;
}
SDS把目標(biāo)字符串的空間檢查和擴(kuò)容封裝在了sdsMakeRoomFor函數(shù)中,追加、打印、復(fù)制等操作都會調(diào)用該函數(shù)。可以看到該函數(shù)根據(jù)sds的信息進(jìn)行動態(tài)擴(kuò)容,源碼如下,
sds sdsMakeRoomFor(sds s, size_t addlen) {
void *sh, *newsh;
// 獲取sds可用空間
size_t avail = sdsavail(s);
size_t len, newlen;
char type, oldtype = s[-1] & SDS_TYPE_MASK;
int hdrlen;
// 如果可用空間大于等于要增加的空間,則直接返回
if (avail >= addlen) return s;
// sds長度
len = sdslen(s);
// sds指針
sh = (char*)s-sdsHdrSize(oldtype);
// 新字符串長度
newlen = (len+addlen);
// 如果新長度小于最大預(yù)分配長度,則進(jìn)行兩倍擴(kuò)容
if (newlen < SDS_MAX_PREALLOC)
newlen *= 2;
else
newlen += SDS_MAX_PREALLOC;
type = sdsReqType(newlen);
// SDS類型5轉(zhuǎn)換為類型8
if (type == SDS_TYPE_5) type = SDS_TYPE_8;
hdrlen = sdsHdrSize(type);
if (oldtype==type) {
newsh = s_realloc(sh, hdrlen+newlen+1);
if (newsh == NULL) return NULL;
s = (char*)newsh+hdrlen;
} else {
/* Since the header size changes, need to move the string forward,
* and can't use realloc */
newsh = s_malloc(hdrlen+newlen+1);
if (newsh == NULL) return NULL;
memcpy((char*)newsh+hdrlen, s, len+1);
s_free(sh);
s = (char*)newsh+hdrlen;
s[-1] = type;
sdssetlen(s, len);
}
sdssetalloc(s, newlen);
return s;
}
?可以看到sdsMakeRoomFor函數(shù)中sdshdr5類型不再使用直接轉(zhuǎn)換成了sdshdr8類型,它們是SDS設(shè)計的5種類型,分別表示sdshdr5、sdshdr8、sdshdr16、sdshdr32和sdshdr64,下面就看一下這幾種類型的結(jié)構(gòu)源碼,如下圖,
struct __attribute__ ((__packed__)) sdshdr5 {
unsigned char flags; /* 3 lsb of type, and 5 msb of string length */
char buf[];
};
struct __attribute__ ((__packed__)) sdshdr8 {
uint8_t len; /* used */
uint8_t alloc; /* excluding the header and null terminator */
unsigned char flags; /* 3 lsb of type, 5 unused bits */
char buf[];
};
struct __attribute__ ((__packed__)) sdshdr16 {
uint16_t len; /* used */
uint16_t alloc; /* excluding the header and null terminator */
unsigned char flags; /* 3 lsb of type, 5 unused bits */
char buf[];
};
struct __attribute__ ((__packed__)) sdshdr32 {
uint32_t len; /* used */
uint32_t alloc; /* excluding the header and null terminator */
unsigned char flags; /* 3 lsb of type, 5 unused bits */
char buf[];
};
struct __attribute__ ((__packed__)) sdshdr64 {
uint64_t len; /* used */
uint64_t alloc; /* excluding the header and null terminator */
unsigned char flags; /* 3 lsb of type, 5 unused bits */
char buf[];
};
sdshdr5已不再使用,所以在函數(shù)中做了處理,把sdshdr5類型轉(zhuǎn)換為sdshdr8類型。前面也提到過SDS是緊湊型字符串?dāng)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu),以sdshdr8為例,它是用的是uint8_t即8位無符號整型,會占用1字節(jié)的內(nèi)存空間。SDS之所以設(shè)計不同的結(jié)構(gòu)是為了能靈活保存不同大小的字符串,從而有效節(jié)省內(nèi)存空間。
另外,__attribute__ ((__packed__))標(biāo)志可以告訴編譯器在編譯以上數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)時,不實(shí)用字節(jié)對齊的方式(不滿8字節(jié)的整數(shù)倍,則會自動補(bǔ)齊),而是采用緊湊的方式分配內(nèi)存。
原文鏈接:https://blog.csdn.net/zkkzpp258/article/details/126193448
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